Pendant des décennies, les physiciens ont rêvé d’un internet quantique : une toile planétaire de communications ultra-sécurisées et de calculs surpuissants construite non pas à partir de signaux électriques, mais des connexions spectrales entre des particules de lumière.
Désormais, des scientifiques d’Édimbourg affirment avoir franchi une étape majeure pour transformer cette vision en réalité. Des chercheurs de l’Université Heriot-Watt ont dévoilé un prototype de réseau quantique qui relie deux réseaux plus petits en un système reconfigurable à huit utilisateurs capable d’acheminer et même de téléporter l’intrication à la demande.
Cette démonstration, rapportée cette semaine dans Nature Photonics, établit un nouveau référentiel pour la taille, la flexibilité et les capacités que peuvent atteindre les réseaux quantiques.
Le professeur Mehul Malik de l’École d’ingénierie et des sciences physiques d’Heriot-Watt a déclaré : « D’autres équipes avaient déjà démontré qu’il est possible de construire un réseau quantique unique et d’envoyer de l’intrication à plusieurs utilisateurs simultanément. »
« Mais c’est la première fois que quelqu’un parvient à relier deux réseaux distincts. Cela ne se contente pas de distribuer l’intrication de différentes manières, cela permet réellement à un réseau de communiquer avec l’autre. »
« Il s’agit d’une étape cruciale sur la voie d’un internet quantique opérationnel. »
Utiliser le chaos de la lumière comme ressource
Au cœur du prototype d’Heriot-Watt, au lieu d’une puce quantique étincelante ou d’un dispositif sur mesure, se trouve une fibre optique achetée dans le commerce coûtant moins de 100 livres sterling.
L’équipe a exploité le comportement de diffusion de la lumière à l’intérieur d’une fibre optique pour programmer leur routeur d’intrication reconfigurable.
La docteure Natalia Herrera Valencia, auteure principale de l’étude, a expliqué : « La lumière a tendance à ricocher de manière chaotique à travers les centaines de chemins internes des fibres. Nous avons transformé ce chaos en ressource. »
Le résultat est un dispositif multiport reconfigurable qui peut distribuer l’intrication quantique entre les utilisateurs selon de multiples motifs, passant à volonté des connexions locales aux connexions globales et aux configurations mixtes.
Fondamentalement, le système peut multiplexer ces canaux, ce qui signifie qu’il peut servir de nombreux utilisateurs simultanément, plutôt qu’une seule paire à la fois. Le multiplexage est ce qui permet aux réseaux de télécommunications classiques d’envoyer d’énormes quantités de données sur une seule fibre en utilisant différentes longueurs d’onde ; ici, un concept similaire est déployé dans le régime quantique.
Plus frappant encore, l’équipe a réalisé une téléportation d’intrication multiplexée, échangeant l’intrication entre quatre utilisateurs distants sur deux canaux simultanément. Des démonstrations antérieures avaient téléporté l’intrication, mais pas à travers autant d’utilisateurs simultanés dans une architecture aussi flexible.
La docteure Natalia Herrera Valencia a ajouté : « En façonnant la lumière à l’entrée, nous avons effectivement programmé la fibre, transformant sa diffusion interne désordonnée en un circuit optique puissant et de haute dimension. »
« Cela nous permet d’acheminer l’intrication quantique où nous le souhaitons, même de la téléporter, en utilisant ce morceau de fibre d’une simplicité trompeuse. »
Un bond pour l’informatique quantique
Le professeur Malik estime que cette démonstration a des implications passionnantes pour l’informatique quantique.
« C’est vraiment excitant. L’informatique quantique pourrait changer le monde, transformer notre façon de découvrir et de développer des médicaments, de créer de nouveaux matériaux pour les batteries et de booster l’apprentissage automatique. »
« Une approche prometteuse actuelle pour construire un ordinateur quantique puissant à grande échelle est d’interconnecter de nombreux processeurs quantiques plus petits. »
« Notre prototype est un réseau qui peut distribuer et échanger de manière flexible l’intrication entre de nombreux utilisateurs, ou processeurs quantiques – cela pourrait être la percée que l’informatique quantique attendait. »
« Oui, il s’agit d’une démonstration à l’échelle du laboratoire, mais le principe est extensible. »
Ce travail s’inscrit dans le cadre du pôle Integrated Quantum Networks (IQN) de 22 millions de livres sterling du Royaume-Uni, qui vise à construire le premier grand réseau quantique du pays et à contribuer à la mission du gouvernement de déployer le réseau quantique le plus avancé au monde d’ici 2035.
L’équipe de recherche fait partie d’un consortium majeur de recherche et de développement technologique, le pôle Integrated Quantum Networks (IQN) de 22 millions de livres sterling. Dirigé par l’Université Heriot-Watt, le projet est financé par le UKRI Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) et réunit l’expertise de 14 universités britanniques leaders ainsi que de plus de 50 partenaires industriels pour assurer le leadership du Royaume-Uni dans les réseaux quantiques.
La vision du pôle s’aligne sur l’une des missions stratégiques nationales quantiques du gouvernement britannique, visant à ce que le Royaume-Uni ait déployé, à grande échelle, le réseau quantique le plus avancé au monde d’ici 2035.
Cette recherche a été soutenue par le UKRI Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), le Conseil européen de la recherche (CER) et la Royal Academy of Engineering. Le travail a été réalisé par le Beyond Binary Quantum Information Lab de l’Université Heriot-Watt en collaboration avec le Edinburgh Mostly Quantum Lab.
Article : A large-scale reconfigurable multiplexed quantum photonic network – Journal : Nature Photonics – DOI : 10.1038/s41566-025-01806-x
Source : Heriot-Watt University
